循环水冷却塔安全性鉴定与加固方法的探讨

张茂忠

(甘肃金昌化学工业集团有限责任公司，甘肃金昌 737000)



循环水冷却塔安全性鉴定与加固方法的探讨

张茂忠

(甘肃金昌化学工业集团有限责任公司，甘肃金昌 737000)

国内中小联碱厂多始建于上世纪六十年代到八十年代，主体建筑物长达四十年之久，由于当时设计条件和标准不足，加上后期扩大产能，建筑物承受荷载增大，建筑物的使用寿命和安全性引起专家广泛关注。旧建筑物、构筑物安全性补救需要依靠科学的检测方法和先进的加固技术。本文结合合成氨系统循环水双曲线冷却塔安全性鉴定过程，对冷却塔安全性加固方法进行了探讨。

循环水冷却塔；安全性；鉴定；加固；补救

自1965年英国渡桥电厂三座冷却塔在阵风下倒塌以后，引起了世界各国对冷却塔安全性研究的重视。随着时间的推移，由于自然损伤、施工质量等原因，导致冷却塔安全性降低。因此对冷却塔的检测和加固十分必要。 对钢筋混凝土冷却塔进行检测鉴定和加固是为了提高钢筋混凝土冷却塔的安全性，减少事故发生，消除事故隐患，让冷却塔的使用寿命更加长久。

1 工程简介

甘肃金昌化学工业集团有限公司合成氨系统循环水双曲线冷却塔建于1965年。冷却塔高50 m ,主体为钢筋混凝土人字柱支撑的双曲线形筒体结构。筒壁厚度由400～200 mm 沿高度变化,基础采用钢筋混凝土环形基础 ，坐落在原状土卵石层上。地基承载力特征值fak=320 kPa。2014年4月在对公司已有建筑物、构筑物的安全性、可靠性普查中，发现冷却塔塔壁及人字柱表层混凝土疏松、脱落、钢筋外露、锈蚀情况十分严重。遂对该构筑物进行了可靠性鉴定。确定双曲线冷却塔可靠性，主要鉴定的国家标准如下：

建筑抗震鉴定标准 GB50023-2009

工程测量规范 GB50026-2007

构筑物抗震设计规范 GB50191-2012

构筑物抗震鉴定规范 GB50117-2014

工业建筑可靠性鉴定 GB50144-2008

混凝土结构试验方法标准 GB/T50152-2012

2 钢筋混凝土冷却塔的检测鉴定

2.1 冷却塔检测的内容

根据混凝土冷却塔的结构特点，在检测时主要按照以下几个步骤进行：

1)对冷却塔目前运行状况进行调查；

2)资料室翻阅图纸和工程资料；

3)检测地基、基础和主体结构；

4)对冷却塔是否变形、沉降进行检测；

5)观察、检测冷却塔是否出现了裂缝；

6)对混凝土的保护层进行检测；

7)检查冷却塔的钢筋露筋、锈蚀和断裂的情况；

8)测量混凝土碳化程度和腐蚀层的厚度；

9)对其他的结构进行检测，比如围护结构。

2.2 冷却塔检测后的结构概况

1)对冷却塔人字柱和下环梁的检测

根据实际检测的情况看，由于常年经历冻融循环，靠近塔筒内侧的下环梁钢筋保护层有开裂且脱落的情况，部分开裂处有泛白现象，且暴露出下排钢筋。而进行碳化检测时，发现其碳化深度已到22～34 mm之间，因此，钢筋钝化膜遭到破坏，降低了钢筋抗腐蚀能力。 因下环梁角部部位破坏太多，受到空气中氧的双向扩散，从而导致生锈腐蚀的速度越来越快。在检测过程中同时还发现塔筒下环梁内侧角部的钢筋腐蚀更严重，产生了许多裂缝，并有钢筋已开始崩开，这主要是因为箍筋锈蚀断裂所致。

2)检测淋水构件梁和柱

淋水构件梁因为受到水的腐蚀，构件混凝土的毛细孔内一直都有水的存在，所以很难接触到外界空气，因此碳化程度相对来说较小，淋水构件梁也只是构件端头有混凝土掉落的情况。

3)检测钢筋混凝土冷却塔的内壁和外壁

由于塔筒内壁一直保持湿润，所以碳化程度不高。但外壁因受到雨淋和内部水流循环的影响，产生了十分严重的溶蚀性混土腐蚀。因冷却塔周围有排烟系统，会产生一定量的二氧化碳和二氧化硫等酸性浓度气体，对冷却塔存在酸性腐蚀，所以冷却塔损坏程度最大的破坏就是人字柱和塔筒外壁。用钻芯法对混凝土取芯时发现芯样沿着筒壁水平方向逐渐进行破坏的现象，而且可以看到断面处有泛白的状况，出现软水腐蚀现象，所谓软水腐蚀是因为水泥在进行水化时，产生了大量的氢氧化钙，渗透性较大的混凝土在软水的作用下，氢氧化钙不断流失，水泥石空隙增多，相对酥松了不少，同时降低了水泥石碱度。水泥化物要在一定的碱度条件下才能生存，因此，氢氧化钙的不断溢出让其他水化物也开始分解，从而破坏了水泥石。随着氢氧化钙的流失，混凝土抗压强度开始下降。

根据上述检测得出结论：混凝土的强度等级C20，人字柱混凝土强度等级 C25，冷却塔鉴定等级为C。按照规范要求必须停止使用，并且采用相关措施进行处理。

3 冷却塔腐蚀原因分析

3.1 建筑物自身原因

因为混凝土原材料质量差、配比计量的准确性低、技术条件差，强度等级不够，仅依靠混凝土自身防腐并未对其表面进行防护设计导致冷却塔腐蚀严重。

3.2 环境因素

1)自然环境对冷却塔腐蚀的影响。冷却塔暴露在外界，常年受到风吹、日晒、雨淋，减少了混凝土保护层厚度，钢筋产生锈蚀；而钢筋锈蚀膨胀造成混凝土开裂、钢筋外露，加剧了腐蚀。这样恶性循环，使结构安全受到了威胁。

2)生产环境对冷却塔腐蚀的影响。冷却塔处理的循环水温度高而且含碱，因此混凝土受到了碱液、碱粉尘等碱性介质的物理腐蚀和化学腐蚀。物理腐蚀表现在潮湿环境下，碱和二氧化碳生成了碳酸盐晶，起到了膨胀作用；化学腐蚀表现在高温条件下，碱和二氧化硅以及氧化铝生成了可溶性盐类，起到了溶蚀作用。

4 加固和防腐措施

4.1 混凝土冷却塔加固设计思路

对冷却塔结构受力大的地方和容易受到腐蚀的地方重点进行加固和防护；对于一般部位只需要做常规防护。

4.2 加固、防腐方案

基础部位，先将周围土体挖开，清除表面浮尘，刷环氧沥青两遍进行防护处理。加固梁、柱，实施外包钢法，将混凝土构件表面上已经碳化和腐蚀表层利用压缩空气将浮灰吹净，用环氧砂浆找平。梁、柱角部位外包一层角钢，缀板连接角钢，用环氧玻璃钢对表面进行防腐。

5 结 论

合成氨系统循环水双曲线混凝土冷却塔由于处理水量大，运行能耗低，耐腐蚀强等优点，受到许多化工企业的欢迎，但是对于服役期较长的冷却塔，要定期对建筑物的整体安全性以及腐蚀损坏情况进行科学评估和分析。对于钢筋混凝土冷却塔的检测、鉴定要科学合理，确保冷却塔的安全隐患及时消除，安全运行。

[1] 刘忠林,白玉峰.钢筋混凝土T型梁桥检测与加固浅析[J].黑龙江科技信息,2012(23)

[2] 朱文静.钢筋检测技术浅析[J].科技创业家,2011(6)

[3] 王鹏.钢筋混凝土常用检测方法浅析[J].城市建设理论研究(电子版),2013(16)

[4] 刘志明,郑永来.冷却塔结构检测与安全性分析[J].结构工程师,2010(4)

TQ086.1

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1005-8370(2016)03-19-02

2016-04-19

张茂忠(1965—)，工程师，本科。就职于甘肃金昌化学工业集团有限责任公司， 总工程师办公室。